一种纤维素增强防粘盘防啸叫耐磨制动材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纤维素增强防粘盘防啸叫耐磨制动材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 港口、风电、矿山、冶金、起重、机床、电梯等使用的电磁或液压制动器，其执行机构 是摩擦制动对摩偶，即通过耐磨制动片与制动盘表面接触所产生的摩擦力作为制动力，使 得设备的升降或旋转部件能够调速或减速至停。目前无论是占主流的失电制动，还是通电 制动，其制动片/制动盘经常处于闭合状态。由于上述所列举的设备其工作环境多处于高 湿度或野外曝晒等条件，所用的钢制或铁基制动盘表面易于产生电化学腐蚀甚至生锈，一 旦设备间隔一定时间不开动，则极易造成制动片/制动盘抱死，需要拆机维修才能从新做 到制动片/制动盘的开闭自如，极其费时费工。因此从制动片的材质设计上就使其具备防 粘盘功能是一种主动防御型的解决方案。
[0003] 另一方面，摩擦制动经常引起噪声，而强烈的噪声可对近距离的操作工以及影响 所及范围内的人员的生理和心理造成程度不同的危害，因此防止制动噪声长久以来引起业 界的重视。研究指出影响摩擦噪声的因素很多，如制动片材料的摩擦特性、对摩偶的运动参 数及对摩偶运行的机械环境等。
[0004] 有关制动片材料的摩擦特性与制动噪声关系的研究属于跨学科（材料科学与机 械工程）的课题，一些理论研究认为制动噪声与制动片材料的硬相分布不均关系密切；国 内外大型摩擦材料生产企业则普遍认为制动片材料的压缩率与制动器的噪声有直接关 系一一压缩率高则噪声小、压缩率低则噪声大；在许多中小型摩擦材料企业则使用洛氏硬 度指标简单的等价于压缩量来评价制动片材料的噪声特性。
[0005] 中国专利CN202158125U申请一种防锈摩擦材料，做法是在摩擦材料表面涂抹 防锈剂氧化层；CN202833769U申请一种低噪音刹车片，其摩擦材料层从中间到两侧的厚 度逐渐减小；CN01126573. 6公开了一种改进的轿车制动片的结构、配方及其加工工艺，其 提出了一种轿车制动噪声的解决办法，特点是将制动衬片分解为层状结构，包括制动工作 层、隔热阻尼层、背板、防振层，制动工作层的材料是由热固性树脂、增强纤维、摩擦系数调 节剂、填充料组成，阻尼隔热层采用以矿物纤维为主要增强体系的有机基复合材料。以上是 从制动片外在结构形式上进行防噪降噪的专利申请。CN104497974A申请一种低噪音的安 全型摩擦材料及摩擦片的制备方法，其组分中使用的纤维系金属纤维和合成有机纤维，所 用的橡胶材料为腈粉和轮胎粉，并添加了有机摩擦粉。申请号为201210107717. 7的专利说 明文件公开了一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法，该制动片由下述原料 一次模压成型：未改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂，聚丙烯 腈碳纤维，人造颗粒石墨，天然鳞片石墨，颗粒焦炭，碳化硅，芳纶浆柏，复合矿物纤维，钢纤 维，紫铜粉，硫化亚铁和硫酸钡其发明产品的耐磨性好，同时低噪音。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有改性酚醛基制动片对防粘盘防啸叫问题解决不力的状 况，提出用多孔性天然纤维素、核壳结构橡胶粉末（多孔内核和皮层预交联橡胶）和环氧化 植物油为主体成分，再加入改性树脂基体，热压成型制做防粘盘防啸叫耐磨制动片材料。
[0007] 本发明采取的技术方案为：
[0008] -种纤维素增强防粘盘防啸叫耐磨制动材料，由下列重量百份比的原料制成：经 过阻燃、热稳定化及其表面处理的纤维素6~18 %，粉末橡胶3-12 %，环氧化植物油3-9 %， 改性树脂基体8~24%，摩擦调节剂5-15 %，碳质材料5-15 %，其余为填充料。
[0009] 本发明的解决方案的创新之处在于，在摩擦材料的配料中加入了油脂成分和多孔 吸音材料，使得制动片具有防粘盘防啸叫性能并兼具高耐磨性。选用天然纤维素为增强组 分，经过阻燃、热稳定化处理并与其它组分混合均匀后做成制动片材料，这样的制动片与氮 化处理碳钢、铸钢、锻钢及灰口铁、蠕墨铁材质的制动盘作为对摩偶使用时，可利用上述阻 燃、热稳定化处理过的纤维素的多孔结构使得制动片具有防粘盘防啸叫的效果，克服了目 前普遍使用的矿物纤维和晶须材料（系实心连续结构）降噪声效果差且磨损后其磨肩会造 成环境次生伤害的缺点；配方中加入表皮预交联的核壳结构橡胶粉末，可提高制动片材料 的柔韧性、贴合性和耐磨性，并具有很好的吸声效应使得表面制动时的啸叫声降低；在制动 片模压粉的混合环节中填充环氧化植物油可防止粉尘飞扬，还可以保证压成的耐磨材料的 动、静摩擦系数差值不至于过高，也可以起到防啸叫的效果，油基成分还可以防止出现长期 闭合条件下制动片会粘住对摩偶制动盘的缺陷。
[0010] 优选的是，所述纤维素来源于木材、锯末、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑 皮、甘蔗渣或细菌。这样的天然纤维素具有微观多孔结构，具有较好的吸声降噪和隔离效 应。
[0011] 纤维素的阻燃、热稳定化处理采用的硼酸锌、聚磷酸铵、焦磷酸盐、有机磷酸酯、三 聚氰胺-磷酸三（丁氧基乙基）酯（TBEP)、含镁盐类等。无机盐类固体成分可采用水介质 中表面沉积到天然纤维素上，之后脱水晾干，有机磷酸酯等可用其有机溶剂溶解后得到的 溶液喷淋到纤维素上自然晾至无低挥发物溢出为止；阻燃、稳定剂的添加比例应为纤维素 质量的10-20%。
[0012] 优选的是，所述纤维素的表面处理步骤为：在纤维素表面涂覆1-3% (w/w)的偶联 剂。
[0013] 所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂等。偶 联剂可以提高纤维和树脂的粘接强度去，且在选择偶联剂时应尽量选择与树脂结构类似 的。
[0014] 优选的是，所述粉末橡胶为丁苯橡胶或丁腈橡胶，其粒径范围为20~800nm。具有 核壳结构，其核系多孔结构的漂珠或微孔玻璃粉末，表皮层蘸浸丁苯橡胶胶乳或丁腈橡胶 胶乳，胶乳中预配化学计量的硫化剂和硫化促进剂，经过离心喷雾干燥后在140-160°C下预 交联。
[0015] 优选的是，所述改性树脂基体，以酚醛树脂、蜜胺树脂、古马隆树脂、环氧树脂、聚 氨酯或双马来酰亚胺为原料，改性方法是将上述树脂两种或两种以上共混或树脂间发生交 联形成互穿网络结构或将上述树脂中的活性基团进行接枝或封端。
[0016]优选的是，所述环氧化植物油其环氧值应大于6. 0 %，碘值小于3 %，闪点大于 280°C，加热稳定性失重小于6%。环氧化植物油与树脂的相容性好，挥发性小，不易抽出，具 有良好的电性能和较好的柔韧性，对材料中的改性树脂起增塑和稳定的作用。
[0017] 优选的是，所述的摩擦调节剂为硫铁矿粉、焦宝石、锆英粉、T-氧化铝或镁铝尖晶 石，粒度小于300目。上述的摩擦调节剂可以稳定材料在不同温度下的摩擦和磨损性能、尤 其是材料在中温下的摩擦磨损性能。而对于目前国内的半金属刹车材料而言，降低刹车材 料密度和硬度。
[0018] 所述碳质材料为蠕虫状膨胀石墨，鳞片石墨，高比表面积活性碳粉，颗粒状多孔焦 炭，纳米补强炭黑，活性碳纤维，单壁或多壁碳纳米管。碳质材料具有高比强度、高比模量、 耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电传热和热膨胀系数小的特点，可用来增强复合材料的 摩擦性能。在选定碳纤维含量范围内，随着碳质材料含量的增加，它抗冲击强度增大，摩擦 系数减小，磨损率降低，延长制动片使用寿命。
[0019] 本发明提供了一种纤维素增强防粘盘防啸叫耐磨制动材料的制备方法，包括如下 步骤：
[0020] (1)将纤维素进行阻燃、热稳定化、偶联处理后，待用；
[0021] (2)取上述纤维素、粉末橡胶、环氧化植物油、改性树脂基体、摩擦调节剂、碳质材 料、填料混炼，制得模压粉；
[0022] (3)上述模压粉需经过预烘，预热后，加压固化成型，即得。
[0023] 上述制备方法的具体步骤如下：
[0024] (1)将天然纤维素先阻燃、稳定化处理后，再经过偶联处理并悬浮开松，在 30_90°C加热至偶联剂完全铺展浸润；
[0025] (2)取上述纤维素6~18份，改性树脂基体8~24份，粉末橡胶3-12份，环氧化 植物油3-9份，摩擦调节剂5-15份，碳质材料5-15份，用硫酸钡为填充料加至100份，在Z 型搅拌机中进行混合，正反转每3分钟转换一次，总混炼时间掌握在15-18分钟，之后出料 得到模压粉。
[0026] (3)上述模压粉需经过预烘，预烘工序参数为料层厚度小于10cm，预烘时间 30min，预烘温度 60-90°C?
[0027] (4)预烘后的模压粉按照计量加入预热到120-160°C的相应的模腔内，加压固化。 先慢速合模并在一分钟内放气3-6次，之后加压保压5-10MPa下固化成型，固化时间随制件 厚度而定，一般取1. 0~3.Omim/mm，之后脱模即得到纤维素增强防粘盘防啸叫耐磨制动材 料。
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] 本发明着眼于天然纤维素做增强材料，克服了目前常用的矿物纤维和晶须材料使 用过程中产生